Was eine Fertigungszelle im U-Layout ist
Eine Fertigungszelle fasst die Maschinen und Arbeitsplätze, die für eine Teilefamilie nötig sind, in Prozessreihenfolge nebeneinander zusammen, sodass ein Teil an einem Ort fertig wird. Beim U-Layout macht die Reihenfolge eine Kurve: Materialeingang und Ausgang des fertigen Produkts liegen nebeneinander, und die Werker bewegen sich im Inneren des U.
Ziel ist der Ein-Stück-Fluss mit wenigen Werkern, geringem Bestand zwischen den Arbeitsgängen und einem Arbeitszyklus, der zum Takt passt. Das ist die übliche Form, Fließfertigung in der manuellen Montage und in der spanenden Fertigung mit kleinem Volumen und mittlerer Variantenzahl umzusetzen.
Visuelle Karte der U-Zelle
Die Karte vergleicht die gerade Linie mit der U-Zelle und zeigt den Werkerzyklus, mit denselben Zahlen wie im Beispiel unten.
So funktioniert die U-Zelle
- Prozessreihenfolge: Maschinen und Arbeitsplätze folgen der Reihenfolge der Arbeitsgänge, ohne Rückwege und ohne sich kreuzende Wege.
- Stück für Stück: Jedes Teil geht sofort zum nächsten Arbeitsgang, ohne Los zwischen den Stationen. Das senkt den Bestand in der Fertigung und die Durchlaufzeit.
- Werker im Inneren des U: Dieselbe Person kann den ersten Arbeitsgang beladen und den letzten entladen, weil beide nah beieinander liegen. Die Wege werden kürzer, und der Werker überblickt die ganze Zelle.
- Mehrfach qualifizierte Werker: Jeder beherrscht mehrere Arbeitsgänge und folgt der Standardarbeit mit festgelegtem Weg und Zyklus.
- Variable Besetzung: Ändert sich der Bedarf, ändert sich der Takt, und die Arbeitsgänge werden auf mehr oder weniger Personen verteilt.
- Passende Betriebsmittel: Kleine, leicht versetzbare Maschinen mit kurzer Rüstzeit passen besser in eine Zelle als große, dedizierte Anlagen.
Unter den klassischen Typen der Fabrikplanung (Layout) ist die Zelle eine Variante der Zellenfertigung: Sie bündelt auf einer Fläche, was die Werkstattfertigung auf Abteilungen verteilt.
Beispiel: gerade Linie gegen U-Zelle
Illustratives Beispiel mit erfundenen Daten. Ein Produkt hat 6 manuelle Arbeitsgänge mit 30, 30, 40, 20, 35 und 25 Sekunden, zusammen 180 s Arbeitsinhalt je Stück. Der Bedarf liegt bei 450 Stück pro Tag in einer Schicht mit 27.000 s verfügbarer Zeit (7,5 h netto).
Takt = 27.000 s ÷ 450 Stück = 60 s/Stück
Werker = Summe der Arbeitszeiten ÷ Takt = 180 s ÷ 60 s = 3
Aufteilung in der U-Zelle, mit 60 s Zyklus je Werker:
| Werker | Arbeitsgänge | Rechnung | Zyklus (s) |
|---|---|---|---|
| A | 1 und 2 | 30 + 30 | 60 |
| B | 3 und 4 | 40 + 20 | 60 |
| C | 5 und 6 | 35 + 25 | 60 |
Zum Vergleich eine gerade Linie mit 6 Stationen, ein Werker je Station und je 10 Stück Pufferfläche zwischen den Stationen (5 Pufferflächen, 50 Stück), gegen eine Zelle mit 1 Stück je Station (6 Stück). Die Durchlaufzeit folgt aus dem Gesetz von Little: Bestand ÷ Rate, bei einer Rate von 1 Stück alle 60 s.
| Kennzahl | Gerade Linie (6 Stationen) | U-Zelle (3 Werker) |
|---|---|---|
| Werker | 6 | 3 |
| Auslastung des Werkers | 180 ÷ (6 × 60) = 50% | 180 ÷ (3 × 60) = 100% |
| Stück je Werker und Tag | 450 ÷ 6 = 75 | 450 ÷ 3 = 150 |
| Bestand in der Fertigung | 50 Stück | 6 Stück |
| Durchlaufzeit im Prozess | 50 × 60 s = 50 min | 6 × 60 s = 6 min |
Die Tagesmenge ist in beiden Fällen gleich, 450 Stück. Der Gewinn kommt daher, dass mit der halben Personenzahl bei doppelter Auslastung gearbeitet wird und der Bestand zwischen den Stationen entfällt. Das Beispiel lässt die Gehzeit außer Acht. In der Praxis gehört sie in den Werkerzyklus und kann einen zusätzlichen Werker oder weniger Arbeitsgänge je Person erfordern.
Werkerzyklus und Flexibilität bei Bedarfsschwankung
Der Vorteil des U zeigt sich, wenn der Bedarf sinkt. Bei 300 Stück pro Tag wird der Takt zu 27.000 ÷ 300 = 90 s und der Personalbedarf zu 180 ÷ 90 = 2. In einer geraden Linie liegen die Arbeitsgänge hintereinander, die Aufteilung ist starr. Im U ist die Reihenfolge zirkulär, und die Aufteilung geht genau auf:
| Werker | Arbeitsgänge | Rechnung | Zyklus (s) |
|---|---|---|---|
| A | 2, 3 und 4 | 30 + 40 + 20 | 90 |
| B | 5, 6 und 1 | 35 + 25 + 30 | 90 |
Werker B betreut Arbeitsgang 1 (Eingang) sowie die Arbeitsgänge 5 und 6 (Ausgang), die an der Öffnung des U nebeneinander liegen. Deshalb liegen Ein- und Ausgang zusammen. Steigt der Bedarf wieder, geht die Zelle auf 3 Werker zurück, ohne eine Maschine zu bewegen, nur durch Änderung von Laufweg und Standardarbeitsblatt.
Zelle in 6 Schritten planen
- Produktfamilie wählen, die dieselbe Folge von Arbeitsgängen nutzt. Gruppiert wird nach Arbeitsplan, nicht nach Produktname.
- Takt der Familie berechnen aus dem tatsächlichen Bedarf und der verfügbaren Zeit.
- Zeiten je Arbeitsgang messen (Hand-, Maschinen- und Rüstzeit), möglichst vor Ort am Gemba und nicht aus den Stammdaten.
- Anzahl der Werker berechnen (Summe ÷ Takt) und die Arbeitsgänge verteilen, ohne den Takt zu überschreiten. Das Vorgehen entspricht dem Taktabstimmen (Linienabgleich).
- U zeichnen: Eingang neben dem Ausgang, Maschinen dicht beieinander, Material außen, Werker innen.
- Laufweg und Zyklus in der Standardarbeit dokumentieren, mit den Werkern erproben und anpassen. Zur Personalberechnung für verschiedene Szenarien siehe den Beitrag zum Personalbedarf in der Fertigung.
Wann sie sich eignet und wann nicht
- Eignet sich: Teilefamilien mit ähnlichem Arbeitsplan, mittleres Volumen, kurze Arbeitsgänge und Betriebsmittel, die nah beieinander stehen können.
- Eignet sich schlecht: sehr große oder ortsfeste Anlagen (Ofen, schwere Presse), stark ungleiche Arbeitsgangzeiten, die sich nicht bündeln lassen, oder Produkte mit sehr verschiedenen Arbeitsplänen.
- Alternative: Liegt die langsamste Maschine schon über dem Takt, muss zuerst der Engpass behoben werden, wie in der Theory of Constraints (Engpasstheorie) beschrieben.
Häufige Fehler und Grenzen
- Die Zelle bauen, ohne den Takt zu berechnen, und danach feststellen, dass der Zyklus nicht aufgeht.
- Die U-Form kopieren, ohne Mehrfachqualifikation: Kann jeder Werker nur einen Arbeitsgang, verliert das U seine Flexibilität.
- Bestand zwischen den Stationen "zur Sicherheit" stehen lassen, was die Linie mit Warteschlangen wieder entstehen lässt.
- Die Gehzeit ignorieren, die die tatsächliche Kapazität des Werkers senkt.
- Familien mit unterschiedlichen Arbeitsplänen in einer Zelle mischen, was Wartezeiten und häufiges Rüsten verursacht.
- Die Ergonomie vergessen: Wer den ganzen Tag im U läuft, braucht Platz, passende Arbeitshöhe und Aufgabenwechsel.
Häufige Fragen
Was ist eine Fertigungszelle?
Eine Gruppe von Maschinen und Arbeitsplätzen in Prozessreihenfolge, die eine Teilefamilie vom Anfang bis zum Ende im Ein-Stück-Fluss fertigt.
Warum die U-Form?
Weil Eingang und Ausgang nebeneinander liegen. Der Werker belädt und entlädt an derselben Stelle, geht weniger und kann den Laufweg ändern, wenn sich der Takt ändert.
Wie berechne ich, wie viele Werker die Zelle braucht?
Die Summe der Arbeitszeiten durch den Takt teilen. Im Beispiel: 180 s ÷ 60 s = 3 Werker, bei einem nicht ganzzahligen Ergebnis aufgerundet.
Senkt die U-Zelle den Bestand?
Ja, weil die Teile direkt von einem Arbeitsgang zum nächsten gehen. Im Beispiel sinkt der Bestand von 50 auf 6 Stück und die Durchlaufzeit von 50 auf 6 Minuten.
Kann jedes Werk U-Zellen einsetzen?
Nein. Sie funktioniert am besten mit Teilefamilien ähnlichen Arbeitsplans und Betriebsmitteln, die sich zusammenrücken lassen. Sehr große oder ortsfeste Maschinen begrenzen die Planung.
Was unterscheidet eine Zelle von einer Montagelinie?
Die Linie hat meist einen festen Werker je Station und einen Rhythmus, den die langsamste Station vorgibt. In der Zelle durchläuft der Werker mehrere Arbeitsgänge, und die Besetzung richtet sich nach dem Takt.
Quellen
- MONDEN, Y. Toyota Production System: An Integrated Approach to Just-in-Time. Productivity Press / CRC Press.
- HIRANO, H. JIT Factory Revolution. Productivity Press, 1988.
- ROTHER, M.; HARRIS, R. Creating Continuous Flow. Lean Enterprise Institute, 2001.
- BLACK, J. T. The Design of the Factory with a Future. McGraw-Hill, 1991.
- REFA: Methodenlehre des Arbeitsstudiums. Hanser.
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Über den Autor
Spezialist für Lean Manufacturing und Verhaltensmanagement
Über 20 Jahre in der Automobil- und Metallindustrie (GM und Dana), Praktiker für Lean Manufacturing seit 2006. SENAI-Dozent und Mentor im brasilianischen Programm Brasil Mais Produtivo, mit Beratung, Schulung und Audits für über 50 Unternehmen. Er verbindet Qualität, Produktivität und Personalentwicklung.
